柴油机燃油系统综述

柴油机燃料供给与调节综述摘要：柴油机因其独有的优越性，在我国国民经济各领域应用广泛。

燃油喷射系统作为柴油机的核心部件，直接影响和决定了柴油机技术水平和换代升级，被誉为柴油机的心脏。

本文重点介绍柴油机燃料供给与调节系统的主要结构及工作原理，还介绍了柴油机燃料供给与调节系统的电子控制。

关键词：柴油机、燃料供给与调节、电控1 柴油机燃料供给与调节系统概述柴油机相比于蒸汽机热效率高，经济性好，机动性好，因而对传播有很大的适应性，自问世以后就很快被作为船舶的推进动力。

起初，柴油机用空气喷射燃料，燃料的雾化质量无法的得到保证，并且附属装置庞大笨重，只能用于固定作业。

上世纪初，开始用于船舶。

1905年，制成第一台二冲程船用柴油机。

1922年，德国工程师Robert Bosh 发明了许波泵，使柴油机的用途扩大到汽车、拖拉机等移动机械，许波泵的成功对提高和改善柴油机的性能及各项指标起到了决定性的作用。

20世纪中期增压及增压中冷技术的研发成功，使柴油机性能获得新的飞跃。

20世纪70年代开始，电子技术引入柴油机控制系统，又是柴油机的一次重大技术革命，把柴油机的性能指标提高到一个新的水平。

柴油机是在气缸内部形成混合气，即在活塞接近上止点时，燃料供给与调节系统将燃料以高压、在极短的时间内喷入气缸，实现燃油与空气的混合和燃烧。

因此，对燃料供给与调节系统，无论是在制造与调整精度，还是在与整机的参数匹配方面均有十分严格的要求，为了保证压燃式内燃机在动力性、经济性、排放与噪声等方面达到优良的性能，对其燃料供给与调节系统提出的要求有：（1）能产生足够高的喷油压力，确保雾化、混合气形成和燃烧；（2）对每一个内燃机运转工况，精确控制每循环喷入气缸的燃油量，且喷油量能随工况变化而自动变化。

在工况不变时，各循环之间的喷油且应当一致。

对多缸内燃机而言，各缸的喷油量应当相等；（3）在内燃机所运转的工况范围内，尽可能保持最佳的喷油时刻、喷油持续时间与喷油规律，以保证良好的燃烧并取得优良的综合性能；（4）保证柴油机安全可靠的工作，防止飞车现象发生。

2 柴油机的燃料、混合气形成与燃烧2.1 柴油柴油的使用性能指标有发火性、蒸发性、粘度、凝点。

发火性指柴油的自燃能力，16烷值越高，发火性越好。

蒸发性指柴油的汽化能力，其指标由柴油的蒸馏实验来确定。

粘度决定柴油的流动性；粘度越小，流动性越好。

凝点指柴油冷却到开始失去流动性的温度。

柴油按其所含重馏分的多少分为重柴油和轻柴油。

柴油的牌号是根据凝点编定的，有0号、0号、-10号、-20号等。

2.2 混合气形成与燃烧可燃混合气的形成分空间雾化混合、油膜蒸发混合。

特点是：（1）燃料的混合和燃烧是在气缸内进行的。

（2）混合与燃烧的时间很短0.0017～0.004秒。

（3）柴油粘度大不易挥发，必须以雾状喷入。

（4）可燃混合气的形成和燃烧过程是同时，连续重叠进行的，即边喷射，边混合，边燃烧。

柴油机燃油的燃烧过程是从燃油喷入气缸开始，至膨胀冲程的某个时刻结束。

也就是在这个过程中将燃油的化学能转化为热能，从而转化为输出的机械能。

柴油机的燃烧过程是直接决定着柴油机的各项工作性能的过程，而对柴油机喷油设备的改进使燃油的物化质量的得到改善与燃烧过程有着很大的关系。

人们通常以放热规律来研究柴油机燃烧过程，通过对放热规律的分析，可以了解气缸压力升高率、最高燃烧压力等的变化规律，进而分析柴油机的稳定性，热效率、排放及燃烧噪声等性能，可燃混合气的形成与燃烧大体分四个时期：（1）备燃期：从喷油开始到开始着火燃烧为止：（2）速燃期：从燃烧开始到气缸内出现最大压力时为止；（3）缓燃期：从气缸内出现最大压力到出现最高温度为止；（4）后燃期：是缓燃期以后的燃烧。

对混合气形成的要求有：①必须要有足够的空气量和适当的柴油量；②喷油时刻要准确，混合气形成的规律应合适；③喷油质量应与燃烧室形状相适应，形成均匀的混合气；④气流的搅动，燃料的性能。

3 柴油机燃油系统的主要部件与工作原理柴油机燃油系统主要包括喷油泵、喷油器、调速器和提前器四种主要部件，下面介绍其结构与工作原理。

3.1 喷油泵的结构与工作原理喷油泵的主要功用就是提高柴油的压力并能满足要求：（1）各缸的供油次序符合发动机各缸的工作顺序；（2）按照一定的供油规律，定时供油和迅速停供，各缸的供油提前角和供油延续时间相等；（3）能根据柴油机负荷的大小，与调速器配合供给所需的柴油量，且各缸的供应量均匀。

喷油泵的结构类型较多，现柴油机上常用的有柱塞式喷油泵、喷油泵－喷油器和转子分配式喷油泵等三类。

3.1.1 柱塞式喷油泵1、柱塞式喷油泵由泵体，分泵，油量调节机构，传动机构组成。

泵体分为上体和下体两部分，由铝合金或灰铸铁铸成。

分泵、油量调节机构及传动部分都装在泵体上。

上体上有纵向油道，即低压油腔。

在下体内加入柴油机机油，保证传动机构的润滑2、安装位置喷油泵安装在发动机机体一侧，由柴油机曲轴通过齿轮驱动，齿轮轴和喷油泵的凸轮轴用联轴节连接，调速器装在喷油泵的后端。

3、组成（1）分泵分泵是带有一副柱塞偶件的泵油机构，其数量与发动机的气缸数相等。

分泵由柱塞偶件和柱塞弹簧、弹簧下座出油阀偶件、出油阀弹簧、减容器、出油阀压紧座等主要零件组成。

（2）出油阀偶件出油阀偶件位于柱塞套的上面，出油阀座与柱塞套的接触平面为密封面。

拧入出油阀压紧座，通过高压密封垫圈将出油阀座与柱塞套压紧，同时使出油阀弹簧把出油阀压紧在出油阀座上。

出油阀的圆锥面是密封面，阀的尾部同阀座内孔作滑动配合，为出油阀的运动导向。

供油时油流通过阀尾的切槽顶开出油阀。

出油阀中部的圆柱面称为减压环带，其作用是在喷油泵供油停止后，迅速降低高压油管中的油压，使喷油器立即停止喷油。

（3）油量调节机构油量调节机构的作用是根据发动机工况要求相应改变喷油泵的供油量，并保证各缸的供油量一致。

其工作原理是：通过转动柱塞，改变其与柱塞套的相对角位置，从而改变柱塞的有效行程来改变喷油泵的供油量。

油量调节机构工作原理：在柱塞的下端压装着调节臂，其端头插入固定在供油拉杆上的调节叉的凹槽内。

调节叉数与喷油泵的分泵数相同。

供油拉杆装在泵体的导向套管中，其轴向位置受驾驶员或调速器的控制。

移动供油拉杆，柱塞就相对柱塞套转动，从而调节供油量。

移动供油拉杆时，各分泵柱塞旋转角度相同，因此各缸供油量的变化相同。

各缸供油量均匀性的调整，可通过改变调节叉在供油拉杆上的位置来实现。

（4）传动机构传动机构由凸轮轴和滚轮传动部件组成。

凸轮轴的两端支承在圆锥滚子轴承上，前端装有联轴节，后端装有调速器。

传动机构的工作原理：当柱塞自下死点上移→到柱塞上部的圆柱面→两个油孔和完全封闭→柱塞继续上升→柱塞上部泵腔的燃油压力立即增高→克服出油阀弹簧的弹力→出油阀开始上升。

柱塞继续上移到图所示位置→斜槽同油孔接通→泵腔内的燃油→流向低压油腔→泵腔内油压剧降→出油阀立即回位→喷油泵供油停止→柱塞继续上行至上死点但不再泵油。

3.1.2 分配式喷油泵分配式喷泵按其结构不同，分为径向压缩式和轴向压缩式两种。

VE分配泵的结构：滑片式输油泵，高压泵，驱动机构，断油电磁阀。

（1）、滑片式输油泵：由转子、滑片、偏心环、调压阀等组成。

滑片输油泵出油口处有调压阀其作用是控制出油口的油压随泵的转速增加而增大。

（2）、高压泵：采用单柱塞式，功用是实现进油，压油，配油。

（3)、驱动机构（4）、VE分配泵的泵油原理：进油过程、泵油过程、停止供油过程、柴油机停车。

3.2 喷油器的结构与工作原理喷油器的功用是把柴油雾化成细小的颗粒，并分布到燃烧室中。

对喷油器的要求是：①应具有一定的喷射压力和射程，以及合适的喷注锥角。

②在规定的停止喷油时刻应立即切断燃油的供给，不发生滴油现象。

常见的喷油器有孔式和轴针式两种型式。

3.2.1 孔式喷油器孔式喷油器主要用于具有直接喷射燃烧室的柴油机。

孔式喷油器工作原理：装在喷油器体上部的调压弹簧通过顶杆使针阀紧压在针阀体的密封锥面上，将喷孔关闭。

由喷油泵输出的高压柴油从进油管接头经过喷油器体与针阀体中的孔道进入针阀中部周围的环状空间。

油压作用在针阀的承压锥面上，造成一个向上的轴向推力，当此推力克服了调压弹簧的预紧力以及针阀与针阀体间的摩擦力后，针阀即上移而打开喷孔，高压柴油便从针阀体下端的两个喷油孔喷出。

当喷油泵停止供油时，由于油压迅速下降，针阀在调压弹簧作用下及时回位，将喷孔关闭。

喷射开始时的喷油压力取决于调压弹簧的预紧力，其预紧力用调压螺钉调节。

在喷油器工作期间，有少量柴油渗入针阀体与针阀之间的间隙。

这部分柴油对针阀起润滑作用，并沿顶杆周围的空隙上升，通过回油管螺栓上的孔进入回油管，流回柴油箱。

3.2.2 轴针式喷油器轴针式喷油器的工作原理与孔式的相同。

在构造上与孔式不同之处是：轴针式喷油器的针阀下端的密封锥面以下还延伸出一个轴针，其形状呈倒锥形或圆柱形。

轴针伸出喷孔外，使喷孔呈圆环状的狭缝。

喷油时喷注呈空心的锥状或柱形。

常见的轴针式喷油器只有一个喷孔。

由于喷孔直径较大，孔内有轴针上下运动，喷孔不易积炭，而且还能自行清除积炭。

3.3 调速器结构及其工作原理汽车用柴油发动机的调速器按其功能可分为：两速调速器(只控制发动机的怠速和最高转速)、全速调速器(可控制发动机在怠速至最高转速之间的任一给定转速下稳定运转)和综合调速器(兼具两速和全速调速器的功能)。

调速器按其转速传感方式可分为：气动式调速器(利用膜片感知进气管真空度的变化，自动调节供油量实现调速)、机械离心式调速器(利用喷油泵凸轮轴的旋转，使飞块产生离心力，实现调速作用)和复合式调速器（同时采用气动作用和离心作用进行调速）。

3.3.1 两速调速器两速式调速器的作用是保证起动加浓，稳定怠速，正常工作时的油量调节和限制超速。

两速调速器工作原理：当曲轴转速超过发动机的怠速转速时，飞块离心力的轴向分力大于低速弹簧的预紧力，滑动轴右移并通过调速杠杆使供油拉杆右移(减油)，发动机减速，直至转速降至怠速转速(400～500r／min)，顶块的球头碰到滑套时为止。

若转速低于怠速转速，则飞块离心力下降，低速弹簧通过顶块将滑动轴、调速杠杆和供油拉杆等向左推(加油)，使转速上升至怠速范围，从而保证发动机稳定的怠速工况。

当发动机在大于怠速转速、小于规定的最高转速之间工作时，由于飞块离心力的轴向分力小于高、低速弹簧的合力，所以滑动轴的位置将保持不变(使顶块的球失右侧压在滑套的左端)，即调速器不起调速作用。

在这段转速范围内，发动机转速的调节是由驾驶员通过油门踏板、操纵臂等杆件控制供油量的增减来实现的。

当发动机超过规定的最高转速时，飞块的离心力大于高、低速弹簧的合力而使滑动轴推动顶块、滑套右移，并带动供油拉杆右移减油，从而限制了发动机的最高转速。